《无机材料科学基础》

第一章结晶学基础1

§1-1晶体的基本概念与性质1

一、晶体的基本概念1

目录1

二、晶体的基本性质3

§1-2晶体的宏观对称3

一、对称的概念3

二、晶体的对称要素4

三、对称要素的组合及对称型6

§1-3晶体的对称分类7

§1-4晶体定向和结晶符号7

一、晶体定向和整数定律7

二、各晶系晶体的定向法则9

三、结晶符号10

一、单形的概念13

§1-5晶体的理想形状13

二、聚形的概念14

§1-6晶体结构的基本特征14

一、单位平行六面体的划分14

二、十四种布拉维格子16

三、晶胞的概念18

四、晶体的微观对称要素18

五、空间群的概念20

§1-7晶体化学基本原理22

一、原子半径和离子半径22

二、球体紧密堆积原理22

三、配位数和配位多面体24

四、离子的极化24

五、电负性25

六、鲍林规则26

七、*晶体场理论和配位场理论29

习题37

第二章晶体结构与晶体中的缺陷38

§2-1典型结构类型38

一、金刚石结构38

二、石墨结构38

四、CsCl型结构39

习题 139

三、NaCl型结构39

六、α-ZnS（纤锌矿）型结构40

五、β-ZnS（闪锌矿）型结构40

七、CaF2（萤石）型结构41

八、TiO2（金红石）型结构42

九、CdI2型结构42

十一、CaTiO3（钙钛矿）型结构43

十、α-Al2O3（刚玉）型结构43

十二、MgAl2O4（尖晶石）型结构45

§2-2硅酸盐晶体结构47

一、岛状结构48

二、组群状结构48

三、链状结构49

四、层状结构50

五、架状结构53

§2-3晶体结构缺陷57

一、点缺陷58

二、固溶体65

三、非化学计量化合物69

四、固溶体的研究方法71

五、线缺陷（位错）72

习题74

第三章熔体和玻璃体77

§3-1熔体的结构——聚合物理论77

一、聚合物的形成78

二、*聚合物浓度计算法80

三、聚合物结构模型84

§3-2熔体的性质85

一、粘度85

二、表面张力－表面能89

§3-3玻璃的通性90

一、各向同性90

二、介稳性90

三、熔融态向玻璃态转化的可逆与渐变性91

四、熔融态向玻璃态转化时物理化学性质随温度变化的连续性91

§3-4玻璃的形成91

一、玻璃态物质形成方法简介91

二、玻璃形成的热力学观点92

三、形成玻璃的动力学手段92

四、玻璃形成的结晶化学条件94

§3-5玻璃的结构96

一、晶子假说97

二、无规则网络假说98

§3-6常见玻璃类型101

一、硅酸盐玻璃101

二、硼酸盐玻璃103

习题104

第四章表面与界面106

§4-1固体的表面106

一、固体表面的特征106

二、晶体表面结构107

三、固体的表面能110

§4-2界面行动112

一、弯曲表面效应112

二、润湿与粘附114

三、吸附与表面改性117

§4-3晶界118

一、晶界结构与分类119

二、多晶体的组织121

三、晶界应力122

四、*晶界电荷124

§4-4粘土－水系统胶体化学125

一、粘土的荷电性125

二、粘土的离子吸附与交换127

三、粘土胶体的电动性质128

四、粘土－水系统的胶体性质130

五、瘠性料的悬浮与塑化137

第五章热力学应用141

§5-1热力学在凝聚态体系中应用的特点141

一、化学反应过程的方向性141

二、过程产物的稳定性和生成序142

三、经典热力学应用的局限性142

§5-2热力学应用计算方法143

一、经典法143

二、Ф函数法145

三、AG计算法举例145

§5-3热力学应用实例148

一、纯固相参与的固相反应148

二、伴有气相参与的固相反应152

三、伴有熔体参与的固相反应154

四、反应热平衡计算155

五、金属氧化物的高温稳定性156

§5-4相图热力学的基本原理159

一、自由能－组成曲线159

二、自由能－组成曲线相互关系的确定162

三、从自由能－组成曲线推导相图举例163

习题165

第六章相平衡167

§6-1硅酸盐系统相平衡特点167

一、热力学平衡态与非平衡态167

二、硅酸盐系统中的组分、相及相律168

§6-2单元系统170

一、水型物质与硫型物质170

三、SiO2系统171

二、具有同质多晶转变的单元系统相图171

四、ZrO2系统173

§6-3二元系统174

一、二元凝聚系统相图的基本类型175

二、具体二元系统相图举例182

三、凝聚系统相图测定方法186

§6-4三元系统188

一、三元系统相图概述188

二、其它三元凝聚系统相图基本类型194

三、三元系统相图举例202

§6-5四元系统213

一、四元系统组成表示方法213

二、简单四元系统214

三、生成化合物的四元系统215

四、CaO-C2S-C12A7-C4AF系统219

一、组成表示法222

§6-6交互三元系统222

二、状态图223

习题225

第七章扩散与固相反应229

§7-1晶体中扩散的基本特点与宏观动力学方程229

一、基本特点229

二、扩散动力学方程230

三、扩散动力学方程的应用举例232

§7-2扩散过程的推动力、微观机构与扩散系数235

一、扩散的一般推动力235

二、质点迁移的微观机构与扩散系数236

三、非化学计量氧化物中的扩散238

§7-3固体材料中的扩散及影响扩散的诸因素239

三、结构缺陷的影响240

二、化学键的影响240

一、晶体组成的复杂性240

四、温度与杂质对扩散的影响242

§7-4固相反应及其动力学特征242

§7-5固相反应的动力学方程243

一、固相反应一般动力学关系243

二、化学反应动力学范围244

三、扩散动力学范围246

§7-6影响固相反应的因素250

一、反应物化学组成与结构的影响250

二、反应物颗粒尺寸及分布的影响251

三、反应温度、压力和气氛的影响252

四、矿化剂及其它因素的影响252

习题253

二、晶核生长过程动力学255

一、按热力学分类255

第八章相变255

§8-1相变的分类255

二、按相变方式分类257

三、按质点迁移特征分类257

§8-2液－固相变过程热力学259

一、相变过程的不平衡状态及亚稳区259

二、相变过程推动力260

三、晶核形成条件261

§8-3液－固相变过程动力学263

一、晶核形成过程动力学263

三、总的结晶速率266

四、析晶过程268

五、影响析晶能力的因素269

一、液相的不混溶现象270

§8-4液－液相变过程270

二、分相的热力学理论273

三、分相的动力学276

四、分相的结晶化学观点278

习题280

第九章烧结281

§9-1概述281

一、烧结定义281

二、与烧结有关的一些概念282

三、烧结过程推动力283

四、烧结模型283

§9-2固态烧结284

一、蒸发－凝聚传质284

二、扩散传质286

一、特点和类型292

§9-3液相参与的烧结292

二、流动传质293

三、溶解－沉淀传质295

四、各种传质机理分析比较297

§9-4晶粒生长与二次再结晶298

一、晶粒生长298

二、二次再结晶302

三、晶界在烧结中的作用304

§9-5影响烧结的因素304

一、原始粉料的粒度304

二、外加剂的作用305

三、烧结温度和保温时间306

四、盐类的选择及其煅烧条件306

六、成型压力的影响308

五、气氛的影响308

§9-6*特种烧结原理309

一、热压烧结309

二、活化烧结312

习题313

附录315

附录一晶体的47种单形315

附录二晶体结构的230种空间群317

附录三有效离子半径320

附录四无机物热力学性质数据325

附录五氧化物标准自由能与温度的函数关系329

附录六单位换算和基本物理常数330

附录七国际单位制（SI）中基本常数的值330

参考文献332